阵列悬臂式振荡浮子波能转换装置特性和优化设计研究

论文摘要

在新型可再生清洁能源,波浪能作为其中的一种,不但有丰富的蕴藏量,而且具有十分广泛的应用前景。随着全世界对波浪能的开展重点开发工程,到今天已经研发出了多种形式的波浪能转换装置,大量应用于发电和海水淡化场景中。在这些波能转换装置中,因振荡浮子式波能转换装置有结构小、、布置灵活、效率高、应用方便等特性备受各个国家的关注。为了更高效地利用和开发海域内的波浪能资源,需要分析该海域内所布置的最优浮子结构的波能转换装置阵列的运行特性,为了在相同海域面积内达到最大波能转换效率。因此,阵列化悬臂式振荡浮子波能转换装置的波能转换特性对波浪能的开发利用具有重大的意义。本文中采用了数值模拟的研究方法,探究了单浮子波能转换装置运行特性和阵列浮子波能转换装置运行特性。本文首先介绍总结了微幅波理论、波浪的总能量以及阵列中的辐射和绕射的相关理论,悬臂式振荡浮子波能转换装置的结构和工作原理,以及对波浪和振荡浮子的运动特性进行分析。介绍了基于FLOW-3D仿真计算软件的流体运动控制方程和悬臂式振荡浮子波能转换装置的运动模型。利用FLOW-3D软件进行数值仿真计算,分析了波浪参数对悬臂式振荡浮子系统能量转换的影响规律,以及在固定波况下,双行程做功的最佳匹配的浮子初始吃水深度和模拟负载阻尼系数。对椭球型阵列悬臂式振荡浮子参数进行优化设计,通过设置系列仿真算例,分析在固定波况下,波浪与浮子耦合作用下的阵列浮子周围流场变化规律,并结合线性波的理论分析,得出耦合波浪中水质点的运动规律和波浪速度场分布矢量云图。考虑有漂浮平台下,悬臂式阵列浮子与平台之间的距离作为变化参数进行多个算例,分析阵列浮子装置的波能转换特性,并得到最优的浮子与平台之间的距离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与目的
•   1.2 相关研究进展
•     1.2.1 振荡浮子式波能转换装置概况
•     1.2.2 阵列式波浪能转换装置研究进展
•   1.3 关于波能转换装置水动力性能研究进展
•   1.4 关于阵列式波能转换装置特性的研究进展
•   1.5 主要研究工作
• 第2章 波浪理论和装置的结构原理及数学模型
•   2.1 波浪理论
•     2.1.1 微幅波理论
•     2.1.2 波浪总能量
•     2.1.3 阵列布置中的辐射和绕射问题
•   2.2 装置的结构与工作原理
•   2.3 装置输出功率计算
•   2.4 悬臂式振荡浮子波能转换装置的数学模型
•     2.4.1 流体运动控制方程
•     2.4.2 悬臂式振荡浮子波能转换装置的运动模型
•   2.5 本章小结
• 第3章 悬臂式振荡浮子的优化设计
•   3.1 装置与波浪参数
•     3.1.1 装置主体参数
•     3.1.2 海洋环境参数
•   3.2 浮子水动力和能量捕获特性的数值计算
•     3.2.1 波浪参数对浮子能量捕获特性的影响
•     3.2.2 浮子初始吃水深度和阻尼系数对浮子能量捕获特性的影响
•   3.3 本章小结
• 第4章 阵列悬臂式浮子波能转换装置的运动特性
•   4.1 模型设置
•   4.2 阵列布置及波浪条件
•   4.3 不考虑漂浮平台的不同浮子间距阵列装置的运行特性
•     4.3.1 单个周期下波面和流场模拟结果
•     4.3.2 阵列浮子的运动特性和能量俘获效率
•   4.4 考虑平台下不同浮子间距的阵列浮子装置的运行特性
•     4.4.1 阵列浮子的平均俘获效率计算
•     4.4.2 与单浮子结构进行对比
•   4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张增明

导师: 董玉亮

关键词: 海洋能,阵列悬臂式,振荡浮子,波能转换特性,优化设计

来源: 华北电力大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 华北电力大学(北京)

分类号: TM612;P743.2

DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.001177

总页数: 66

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